Simmetrie La forma di un cristallo consiste nella combinazione dei vari elementi di simmetria presenti nel cristallo stesso ed è inoltre determinata dalla sua velocità di accrescimento. Le facce a crescita più veloce sono di dimensioni inferiori rispetto a quelle a crescita lenta (che essendo più grandi tendono a far scomparire le altre e ad occuparne lo spazio). Il prevalente sviluppo di una forma semplice piuttosto che di un’altra oppure di alcune soltanto tra le facce di una stessa forma dipende spesso dalle condizioni chimiche e fisiche di accrescimento del cristallo. Per quello che riguarda le condizioni fisiche, al variare della T per esempio la pirite assume un abito ottaedrico ad alte T e cubico a T ambiente o di poco superiori. Per quanto riguarda le condizioni chimiche NaCl cristallizza in cubi, ma se nella soluzione sono presenti piccole quantità di boro cristallizza sotto forma di ottaedri (poliedro con otto facce triangolari)

Elementi di simmetria Assi di simmetria In un cristallo vi possono essere tre diverse categorie di elementi di simmetria: assi, piano e centro. In alcuni cristalli i tre elementi coesistono, in altri mancano parzialmente o totalmente. Un asse di simmetria è una retta, ruotando attorno alla quale un cristallo viene a ricoprimento 2, 3, 4 o 6 volte nel giro di 360. Si possono quindi avere assi di simmetria binaria, ternaria, quaternaria e senaria,. Non è possibile avere più di un asse di simmetria senaria nei cristalli. Non esistono assi quinari perché non sono compatibili con la geometria della struttura cristallina. Infatti non è possibile chiudere esattamente lo spazio con solidi a sezione pentagonale , come non è possibile costruire un pavimento usando solo mattonelle pentagonali.

Piano di simmetria Centro di simmetria Un piano di simmetria è un piano che divide il cristallo in due parti simmetricamente uguali. Un punto da una parte del piano ha il suo equivalente identico ripetuto specularmente (ribaltato quindi) dall’altra parte del piano, mantenendo inalterate le posizioni reciproche della parte di reticolo considerato. Riflessione allo specchio. L’operazione di simmetria è la riflessione e il simbolo dell’operatore è m. Centro di simmetria Il centro di simmetria è un punto dal quale si dipartono direzioni e controdirezioni fisicamente uguali in modo che ad ogni faccia ne corrisponda un’altra opposta e invertita. E’ possibile accertare la presenza di un centro di simmetria nei cristalli osservando se le facce sono tutte in coppie parallele. E’ sufficiente che una faccia non abbia la corrispondente parallela perché manchi il centro di simmetria .

Struttura dei minerali Le sostanze cristalline sono caratterizzate da una disposizione ordinata di particelle (atomi, molecole o gruppi di molecole):quando un cristallo si forma da una soluzione, da un fuso o da un gas, le particelle si addensano le une sulle altre in modo da riempire il più possibile lo spazio a disposizione, e questo a causa delle forze che le tengono reciprocamente legate. Ciò che ne deriva, in breve, è un edificio in cui le particelle sono disposte nello spazio in modo ordinato e questo ordine deve poter essere messo in evidenza con un OPERAZIONE DI SIMMETRIA come quelle viste in precedenza

L’ordine nel cristallo può essere messo in evidenza da diverse operazioni di simmetria, anche se una di esse è sempre riscontrabile ed è perciò considerata l’operazione caratteristica per definire lo stato cristallino : LA TRASLAZIONE. Tutti i punti di un edificio cristallino possono essere trasferiti in egual misura in direzioni tra loro parallele fino a raggiungere una posizione di coincidenza. Tra queste punti possono essere tracciate delle rette dette filari , lungo le quali i punti si ripetono con periodi uguali Quando la ripetizione di questi punti si verifica lungo due direzioni non parallele si forma tra queste due direzioni un angolo . Si definisce quindi un piano occupato dalla ripetizione dei due periodi a e b e dall’angolo di cui sopra: la maglia. Quanto detto finora è facilmente estensibile allo stato cristallino tridimensionale definendo quindi una struttura detta cella elementare. La ripetizione della cella elementare forma un reticolo cristallino

Reticoli di Bravais La cella elementare è l'unità minima del reticolo che si ripete nello spazio fino a formare il cristallo macroscopico. Le 3 direzioni lungo le quali si sviluppa la cella rappresentano gli assi cristallografici che vengono detti x, y e z; gli angoli da essi individuati sono gli angoli cristallografici (a, b e g ). Le lunghezze dei 3 spigoli vengono indicate con le lettere a, b e c.

Partendo dai 7 reticoli primitivi di Bravais e considerando l’orientazione dei loro spigoli vengono distinti, in base ai valori assunti da tali parametri, 3 gruppi cristallografici Gruppo monometrico La faccia fondamentale ha i parametri uguali su tutti e tre gli assi. Ha un solo sistema: cubico.   Gruppo dimetrico La faccia fondamentale ha due parametri uguali e uno diverso, quello verticale. Ha tre sistemi: esagonale, trigonale, tetragonale. Gruppo trimetrico La faccia fondamentale ha i tre parametri diversi. Ha tre sistemi: rombico, monoclino, triclino

RETICOLI DI BRAVAIS Ai sette sistemi corrispondono 14 celle elementari 1. cubico semplice 2. cubico centrato 3. cubico a facce centrate 4. tetragonale semplice 5. tetragonale centrato 6. trigonale o romboedrico semplice 7. esagonale a basi centrate 8. rombico semplice 9. rombico a basi centrate 10. rombico centrato 11. rombico a facce centrate 12. monoclino semplice 13. monoclino a basi centrate 14. triclino semplice

Preparazione dei cristalli La classe è stata divisa in quattro gruppi; ogni gruppo segue la cristallizzazione di una sostanza in particolare, sia allo stato microscopico che allo stato macroscopico. Una volta ottenuto un cristallo di dimensioni adeguate, si cerca di individuarne la simmetria e la classe cristallografica di appartenenza.

Materiale occorrente solfato di rame; nitrato di sodio; nitrato di ammonio; allume. Beker acqua distillata fornellino Microscopio e stereoscopio. Procedimento Sciogliere una certa quantità delle sostanze scelte in poca acqua distillata scaldata precedentemente nei beker in modo da ottenere una soluzione satura.. Versare una certa quantità delle soluzioni sature nelle capsule di Petri e lasciare essiccare lontano da fonti di calore. Dopo qualche giorno osservare le soluzioni sotto uno stereoscopio. Selezionare i cristralli che presentano il miglior abito cristallino e lasciarli crescere nel beker contenente ancora la soluzione satura rimanente. I cristalli vengono incollati ad un filo e sospesi all’interno della soluzione. Rispondere alle seguenti domande: Dopo tre giorni osservi una sostanza solida? Che aspetto ha? Come sono le dimensioni nei giorni seguenti? Come risulta il colore dell’acqua dopo una settimana? Osservando i solidi delle diverse soluzioni, le forme ti sembrano uguali?